便携式PEMFC移动电源系统的设计与研究

针对便携式通信电源的实际需要,结合小型燃料电池发电系统的技术发展,提出了小型化、轻便化、模块化的质子交换膜燃料电池(PEMFC)移动电源系统的总体设计方案。设计中,采用常压空气作为氧化剂,采用固态可逆金属储氢器来存储、供应氢气,限定氢气的流速与压力稳定在最佳工况值;利用散热风扇、外加散热片和小型增湿器来调节电池堆内部的温、湿度;采用大电容续流、直流斩波加脉宽调制的方式来实现稳压输出;采用以单片机为核心的控制单元来实现系统各单元的协调控制。最后研制了实验型样机,通过对其单项性能和实际负载能力的测试,发现其供电平稳,可靠性较高,达到了预期的设计目标。     

PEMFC电源系统及应用前景

阐述了PEMFC工作原理及其电源系统构成。在介绍PEMFC在各领域广泛应用的同时,从电池主要材料和氢源技术两个方面进行了分析,提出了PEMFC发展中所要解决的问题。     

PEMFC系统故障诊断的研究现状

综述近年来质子交换膜燃料电池(PEMFC)故障诊断的研究现状,着重分析电极水淹及膜干故障、空气(氧气)供给系统故障和水热管理系统故障的诊断方法和原理。指出PEMFC系统故障诊断技术方法使用、模型建立和范围研究的不足。     

PEMFC空气膜增湿系统的性能

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和膜增湿器一维性能分析模型,模拟了空气流量、压力和温度等条件对PEM FC及膜增湿器性能的影响,模拟结果与实验数据吻合良好.根据模型对PEMFC膜增湿系统的非稳态性能进行了预测.空气进气温度的动态响应特性对膜内水含量梯度的影响显著,对膜内水的扩散系数几乎无影响.     

小型PEMFC发电系统的控制方法研究

通过分析影响小型PEMFC发电系统运行特性的各个关键因素,结合小型化、实用化的要求,探讨了一种简便、易于操作的控制方法。利用系统内部各热源的热交换结构设计、控制散热风扇转速来进行温度的调节;采用内、外增湿相结合的方案来实现电池堆内部的湿度管理;采用了两级减压、限流的操作压力与流速控制方案,以及定时排放的尾气控制方案。设计了以单片机为核心的控制电路及其软件,经测试收到了较为满意的控制效果。     

PEMFC用小型稳压变换器及其监控系统

设计了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用稳压变换器及其监控系统.采用Boost、Buck串联拓扑结构为稳压DC/DC 变换器的主电路,对其工作原理进行了分析.介绍了监控系统的监控对象及其参数设定,研制出了样机.试验结果表明,该样机各项技术指标均达到使用要求,工作稳定可靠.     

PEMFC氢能发电系统现状与展望

氢能发电具有发电效率高、环境友好、无污染、无噪声等优点,成为继火电、水电、核电之后的第4代发电方式。介绍了PEMFC(质子交换膜燃料电池)氢能发电的原理、特点;展望了PEMFC氢能发电的应用前景;阐述了PEMFC氢能发电系统的结构组成;建立了PEMFC氢能发电机和PEMFC氢能发电站的概念。论述了PEMFC电堆及发电机集成关键技术和氢能发电实用化面临的制氢、储氢及氢气运输方式方法等技术问题、解决途径。提出了PEMFC氢能发电应用研究的几个技术课题。     

PEMFC阴极排水的研究

采用可视化方法研究了直条单流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极排水过程。通过分析流道首次液态排水时间和平均液态排水间隔时间的变化,研究了电流密度、增湿温度和气体流速等对阴极排水过程的影响。阴极气体非饱和增湿时,生成水以水蒸气和液态水两种方式排出,水蒸气排水为连续过程,液态排水为间歇过程。随着电流密度和相对湿度的提高,液态水的积累速度增加;随着气体流速的增大,生成的水以水蒸气方式排出的比例增大。     

5kW氢空PEMFC的性能

构建了5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,电堆工作温度范围为室温到80℃,工作压力为200kPa;研究了5 kW PEMFC的性能特点.结果表明:PEMFC性能随着气体压力和电堆温度的升高而提高.当氢气流量为46 L/min、空气流量为120 L/min时,电池性能最好.     

大活性面积PEMFC的电流密度分布

利用安装在阳极端板上的35只子电池,测定了活性面积为400 cm2的单体质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作中的电流密度分布.实验结果显示,对大面积燃料电池而言,由于端板紧固过程中带来的应变,容易造成中心部分的电流密度偏低.分析了进一步研究需要考虑的因素,如极板的腐蚀、分割测试的等效性和分割引起的问题等.     

千瓦级PEMFC电堆的研制

使用表面改性的金属铝板做双极板,成功组装了含30个质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电堆。H2、空气反应气均采用外增湿,使用循环冷却水排出电堆产生的热量。分别使用Nafion115膜和John-MatthyPt/C作为电解质和催化剂,其中Pt载量为0.4mg/cm2。电堆工作温度为室温至100℃,H2与空气工作压力比为0.20MPa/0.22MPa,电堆输出功率为1~1.3kW,输出电流为40~80A,输出电压为26~20V,电极工作电流密度为200~375mA/cm2,电堆能量转化效率为51%。     

炭气凝胶作为PEMFC电催化剂载体的研究进展

炭气凝胶具有高多孔性、导电性和比表面积.讨论了炭气凝胶制备过程中催化剂、金属原子等因素对其结构和性能的影响;综述了以炭气凝胶为载体的电催化剂的制备方法及其催化性能,并指出目前存在的问题及发展方向.     

质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展

本文简要叙述了质子交换膜燃料电池发电机理,列举了系统开发工作中所面临的富氢燃料转换,氢气安全贮存与稳定供给等若干课题。文章重点介绍了目前国外质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展情况。     

胶体法制备PEMFC催化剂的评述

胶体法可有效地控制催化剂颗粒的粒径,是制备高Pt负载量催化剂的有效方法.对近几年胶体法制备质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂的状况进行了评述.按稳定胶体的机理,胶体法可分为无保护剂法和有保护剂法.     

PEMFC膜电极材料退化的研究进展

对质子交换膜燃料电池膜电极材料的退化行为、降解机理和影响因素进行了综述,认为膜的退化主要原因是:高分子的分解导致膜的电导率下降和膜出现小孔对反应原料渗透.催化层的退化,是由C载体的腐蚀和Pt的电迁移所致.     

贮氢合金在PEMFC发电系统中的应用

通过金属氢化物贮氢合金的充、放氢特性试验,以及贮氢器与质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的匹配等试验,获得金属氢化物贮氢合金与PEMFC相匹配的技术特性。发现温度、充/放氢压力以及PEMFC负载等因素影响贮氢器的放氢性能。高的充氢压力有利于提高贮氢合金的储氢量,高的温度和压力能够改善贮氢合金的放氢性能,放氢速率随负载的变化而变化,其变化趋势相同。综合考虑贮氢合金性能的影响因素以及PEMFC发电系统的热特性,最后提出了贮氢合金作为PEMFC发电系统储氢单元的技术方案。     

小型自呼吸式PEMFC的研制

研制了一种小型六单体串联自呼吸式质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用串联供氢,阴极采用自呼吸式供空气.在300 mA、500 mA下长时间工作时,PEMFC的性能稳定,各单体电池的工作电压较均一.     

PEMFC水管理的动态分析与仿真

从阳极水传榆、阴极水传输及质子交换膜中的水分布等方面进行分析,建立了燃料电池堆的水平衡和传榆方程.采用MATLAB对水管理动态过程进行仿真,通过仿真结果,对影响燃料电池堆水管理的参数(阴极回流管道常数、进电堆空气流量、喷射水的流量和电流)进行了分析.仿真结果表明:优化的回流管腔的结构可以使电堆保持良好的湿度状态;进电堆空气流量、喷射水的流量和电流等操作条件,需要在电堆工作时选择或控制.     

PEMFC催化剂发明专利综述

检索了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂在中国的发明专利文献,综述了催化剂包括铂基、非铂催化剂及催化剂载体等专利的进展,并对发展前景进行了展望。     

聚苯胺改性钢在模拟PEMFC环境下的电化学行为

利用电化学方法沉积纳米导电聚苯胺膜对质子交换膜燃料电池(PEMFC)用薄层金属双极板改性,并对改性双极板在模拟PEMFC阳极环境下的电化学性能进行了测试.结果表明,纳米聚苯胺膜层能使1Cr18Ni9Ti不锈钢在模拟腐蚀液中的腐蚀电位由-350mV提高到250mV.在模拟阳极操作电位下,经10h恒电位极化没有观察到膜层的降解和脱落.纳米导电聚苯胺膜层能显著提高不锈钢在模拟电池环境下的耐蚀性而不影响其导电性,进一步提高导电聚合物涂层性能和评价其长期效果还需进行深入的研究.